(57)【要約】  研磨凝集粒子は、ガラスマトリックス中で結合された溶融酸化アルミニウム鉱物含む。研磨凝集粒子の重量を基準として、溶融酸化アルミニウム鉱物は７０重量パーセント〜９５重量パーセントの範囲内で存在し、ガラスマトリックスは少なくとも５重量パーセント存在する。溶融酸化アルミニウム鉱物は最大３００マイクロメートルの平均粒子サイズを有し、研磨凝集粒子は、２〜１５度の範囲内のテーパ角度及び少なくとも４００マイクロメートルの寸法を有する側壁を有する角錐台形状を有する。研磨凝集粒子は研磨物品において有用である。方法は、ワークピースを研磨物品と接触させることと、ワークピース及び研磨物品を互いに対して移動させてワークピースを研磨することと、を含む。
2019527148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスマトリックス中で結合された溶融酸化アルミニウム鉱物を含む研磨凝集粒子であって、前記研磨凝集粒子の重量を基準として、前記溶融酸化アルミニウム鉱物は７０重量パーセント〜９５重量パーセントの範囲内で存在し、前記ガラスマトリックスは少なくとも５重量パーセント存在し、前記溶融酸化アルミニウム鉱物は最大３００マイクロメートルの平均粒子サイズを有し、前記研磨凝集粒子は２〜１５度の範囲内のテーパ角度及び少なくとも４００マイクロメートルの寸法を有する側壁を有する角錐台形状を有する、研磨凝集粒子。
【請求項２】
前記研磨凝集粒子は１．５ミリメートル未満の最大寸法を有する、請求項１に記載の研磨凝集粒子。
【請求項３】
前記溶融酸化アルミニウム鉱物は少なくとも１０マイクロメートルの平均粒子サイズ を有する、請求項１又は２に記載の研磨凝集粒子。
【請求項４】
前記溶融酸化アルミニウム鉱物は最大２００マイクロメートルの平均粒子サイズを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨凝集粒子。
【請求項５】
前記研磨凝集粒子は人工的な多孔性を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨凝集粒子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の複数の研磨凝集粒子を含む、研磨物品。
【請求項７】
前記研磨物品は被覆研磨物品である、請求項６に記載の研磨物品。
【請求項８】
前記被覆研磨材物品は、バッキングと、ポリマーバインダーを用いて前記バッキングに付着させた前記複数の研磨凝集粒子と、を含む、請求項７に記載の研磨物品。
【請求項９】
前記ポリマーバインダーはフェノール系バインダーを含む、請求項８に記載の研磨物品。
【請求項１０】
前記ポリマーバインダーは６０未満のヌープ硬度を有する、請求項８又は９に記載の研磨物品。
【請求項１１】
前記研磨物品は不織布研磨物品である、請求項６に記載の研磨物品。
【請求項１２】
ワークピースの研磨方法であって、
前記ワークピースを請求項６〜１１のいずれか一項に記載の研磨物品と接触させることと、
前記ワークピース及び前記研磨物品を互いに対して移動させて前記ワークピースを研磨することと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記ワークピースは２０以下のロックウェルＣ硬度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ワークピースの研磨方法であって、
前記ワークピースを研磨物品と接触させることであって、前記ワークピースは２０以下のロックウェルＣ硬度を有する、ことと、
前記ワークピース及び前記研磨物品を互いに対して移動させて前記ワークピースを研磨することと、を含み、前記研磨物品は、バッキングと、６０未満のヌープ硬度を有するポリマーバインダーを用いて前記バッキングに付着させた複数の成形研磨凝集粒子と、を含み、前記成形研磨凝集粒子は、ガラスマトリックス中で結合された最大３０００のヌープ硬度を有する研磨粒子を含む、方法。
【請求項１５】
前記ワークピースはステンレス鋼、炭素鋼、又はチタンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年７月２０日に出願された米国特許仮出願第６２／３６４，４９５号への優先権を主張するものであり、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
セラミックマトリックス中にダイヤモンド研磨粒子を含む成形研磨凝集体が、米国特許第５，９７５，９８８号（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ）、同第６，３１９，１０８号、同第６，７０２，６５０号、及び同第６，９５１，５０４号（いずれもＡｄｅｆｒｉｓ）、並びに国際特許出願公開第ＷＯ２０１５／０８８９５３号（Ｋａｓａｉ）に開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
切削器具の寿命にわたって切削率が一貫しないことは、ワークピースを研磨するときに直面する課題である。本開示による成形凝集体は、現行技術の単層構造体と比較したときに、予想外の長い寿命、及びその長い寿命にわたる安定した切削率を呈し得る、研磨物品を提供するために有用であり得る。有利なことに、本開示による成形凝集体は超砥粒を含有する必要がなく、２０以下のロックウェルＣ硬度を有するワークピースを含む様々なワークピースを研磨するのに有用であり得る。
【０００４】
１つの態様では、本開示は、ガラスマトリックス中で結合された溶融酸化アルミニウム鉱物を含む研磨凝集粒子を提供する。研磨凝集粒子の重量を基準として、溶融酸化アルミニウム鉱物は７０重量パーセント〜９５重量パーセントの範囲内で存在し、ガラスマトリックスは少なくとも５重量パーセント存在する。溶融酸化アルミニウム鉱物は最大３００マイクロメートルの平均粒子サイズを有し、研磨凝集粒子は、２〜１５度の範囲内のテーパ角度及び少なくとも４００マイクロメートルの寸法を有する側壁を有する角錐台形状を有する。
【０００５】
別の態様では、本開示は、複数の研磨凝集粒子を含む研磨物品を提供する。
【０００６】
別の態様では、本開示は、ワークピースの研磨方法を提供する。方法は、ワークピースを複数の研磨凝集粒子を含む研磨物品と接触させることと、ワークピース及び研磨物品を互いに対して移動させてワークピースを研磨することと、を含む。
【０００７】
別の態様では、本開示は、ワークピースの研磨方法を提供する。方法は、ワークピースを研磨物品と接触させることと、ワークピース及び研磨物品を互いに対して移動させてワークピースを研磨することと、を含む。ワークピースは２０以下のロックウェルＣ硬度を有する。研磨物品は、バッキングと、６０未満のヌープ硬度を有するポリマーバインダーを用いてこのバッキングに付着させた複数の成形研磨凝集粒子と、を含む。成形研磨凝集粒子は、ガラスマトリックス中で結合された最大３０００のヌープ硬度を有する研磨粒子を含む。
【０００８】
本出願において、「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」などの用語は、単数形を意味するのみでなく、その特定の例を例示のために使用してよい一般的な一群を含むことを意図する。用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、用語「少なくとも１つの」と互換的に使用される。列挙が後続する「〜のうちの少なくとも１つ（at least one of）」及び「〜のうちの少なくとも１つを含む（comprises at least one of）」という語句は、列挙中の項目のうちのいずれか１つ、及び、列挙中の２つ以上の項目のいずれかの組み合わせを指す。全ての数値範囲は、特に記述のない限り、それらの端点、並びに端点間の整数値及び非整数値を包含する（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）。本明細書で使用する用語「セラミック」は、ガラス、結晶性セラミック、ガラスセラミック、及びこれらの組み合わせを指す。本明細書で使用する用語「ガラスマトリックス」は、ガラスのようなマトリックスを指す。ガラスのようなマトリックスは、（例えば、ガラス−セラミックにおいて）いくつかの結晶性領域を含む場合がある。
【０００９】
本開示の上記の概要は、開示される各々の実施形態、又は本開示の全ての実装形態を説明することを目的としたものではない。以下の説明は、例示的な実施形態をより具体的に例示する。したがって、以下の説明は、本開示の範囲を不当に制限するように解釈されるべきではないことを理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示による研磨凝集体の実施形態の部分断面図である。
【図２】本開示による研磨凝集体を含む研磨物品の実施形態の部分断面図である。  上記の図面は本開示の実施形態を表しているが、発明を実施するための形態において述べるように、他の実施形態も想定される。全ての場合において、本開示は、限定ではなく、代表例の提示によって、本発明を提示する。本開示の範囲内に含まれる多数の他の変更形態及び実施形態が当業者により考案され得ることを理解されたい。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
多くの研磨加工にとって、切削器具の寿命にわたって材料除去率が一貫しているのが望ましい。しかしながら、切削器具の有効寿命は、使用開始時に必要な慣らし時間及び／又はかなりの摩耗後に特定の材料除去率を達成するために要求されるより高い力によって制限される可能性があり、これにより仕様外の仕上がり又はワークピースの焼けがもたらされる場合がある。
【００１２】
一貫した材料除去率を達成するために、粒体中の微細構造及び二次相に影響を及ぼすことで、研磨鉱物の特定の硬度、化学的特性、及び崩壊／破砕挙動を標的とすることができる。しかしながら、この手法は、材料除去率の望ましい一貫性を常にもたらす訳ではない。
【００１３】
以下の実施例のうちの実施例１〜５に関する研削結果は、本開示による成形凝集体を含む被覆研磨物品が、現行技術の単層構造体と比較したときに、予想外の長い寿命及びその寿命にわたる安定した切削率を呈し得ることを示している。より硬くより高価な超砥粒の代わりに従来の溶融アルミナ粒子を含有する、本開示による凝集粒子を用いて、安定した切削率が達成される。
【００１４】
本開示による成形凝集体は溶融アルミナを含む。溶融アルミナ研磨粒子の製作は、典型的には、アルミナ源（アルミニウム鉱石又はボーキサイトなど）を他の所望の添加物とともに炉に装入し、この材料をその融点を超えて加熱し、この融解物を冷却して固化した塊とし、この固化した塊を破砕して粒子にし、その後この粒子をふるい分け分級して、所望の研磨粒子のサイズ分布を得ることによって行われる。
【００１５】
本開示による凝集体において有用な溶融酸化アルミニウム（アルミナ）粒子は、最大３００マイクロメートル、いくつかの実施形態では、最大２００マイクロメートル又は最大１００マイクロメートルの、平均粒子サイズを有する。有用な溶融アルミナ粒子は、約１マイクロメートル〜３００マイクロメートル、１マイクロメートル〜２００マイクロメートル、１マイクロメートル〜１００マイクロメートル、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートル、１５マイクロメートル〜１００マイクロメートル、又は２５マイクロメートル超〜１００マイクロメートルの範囲内の平均粒子サイズを有し得る。所望のアルミナ粒子サイズは、例えば、所望の切削率及び／又はワークピースの所望の表面粗さをもたらすように選択することができる。場合によっては、研磨粒子サイズは「メッシュ」又は「グレード」として報告されるが、これらはいずれも、一般に知られている研磨粒子のサイズ決定方法である。いくつかの実施形態では、溶融アルミナ粒子は、少なくともＰ５０のＦＥＰＡ（欧州研磨材製造業者連盟（Federation of European Producers of Abrasives））グレードを有する。例えば、ＦＥＰＡ  Ｐ５０、ＦＥＰＡ  Ｐ６０、ＦＥＰＡ  Ｐ８０、ＦＥＰＡ  Ｐ１００、ＦＥＰＡ  Ｐ１２０、ＦＥＰＡ  Ｐ１５０、ＦＥＰＡ  Ｐ１８０、ＦＥＰＡ  Ｐ２２０、ＦＥＰＡ  Ｐ３２０、ＦＥＰＡ  Ｐ４００、ＦＥＰＡ  Ｐ５００、ＦＥＰＡ  Ｐ６００、ＦＥＰＡ  Ｐ８００、ＦＥＰＡ  Ｐ１０００、及びＦＥＰＡ  Ｐ１２００グレードが、有用であり得る。
【００１６】
溶融アルミナは、いくつかの販売元、例えば、ニューヨーク州Ｎｉａｇａｒａ  ＦａｌｌｓのＷａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｍｉｌｌｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ、及びオーストリア、ＶｉｌｌａｃｈのＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｓｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌ  ＧｍｂＨから、研磨材業界が承認した様々な公称グレードで市販されている。
【００１７】
本開示による方法において有用な成形研磨凝集粒子は、最大３０００のヌープ硬度を有する研磨粒子を含み得る。かかる粒子としては、約２０００のヌープ硬度を有する溶融アルミナ粒子が挙げられる。最大３０００のヌープ硬度を有する他の粒子としては、炭化ケイ素、及びゾルゲル由来の砥粒（例えば、ミネソタ州Ｓｔ．Ｐａｕｌの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから「ＣＵＢＩＴＲＯＮ  ３２１」の商品名で入手されるもの）が挙げられる。当業者であれば、３０００のヌープ硬度が約３０ＧＰａのビッカース硬度とほぼ等価であることを理解するであろう。
【００１８】
本開示による成形凝集粒子はガラスマトリックスを含む。ガラスマトリックスは、ガラス又はガラス−セラミックとすることができる。ガラスマトリックスを製作するために、様々な種類のガラス及びガラス−セラミックが有用であり得る。例えば酸化アルミニウム研磨ホイールに好適なガラスマトリックスが好適であろう。下の実施例において使用されるガラスフリットは、かかるガラスマトリックスを提供する。
【００１９】
ガラスマトリックスは、高温に加熱されると融解及び／又は溶融して一体のガラスマトリックス相を形成する、１つ以上の原材料の混合物又は組み合わせを含む前駆組成物から生成されてもよい。ガラスマトリックスは、例えば、フリットから形成されてもよい。フリットは、研磨凝集粒子のガラスマトリックスを形成するためのガラス質ボンド前駆組成物中で使用されるのに先立って予め焼成されている組成物である。本明細書で使用するとき、用語「フリット」は、１つ以上のフリット形成成分を含む混合物を完全にブレンドし、続いてこれを少なくとも混合物を融解させるのに十分に高い温度に加熱し（予備焼成とも呼ばれる）、結果的に得られるガラスを冷却し、これを破砕することによって形成される材料の総称である。破砕された材料を次いでふるいにかけて、非常に微細な粉末を得ることができる。
【００２０】
ガラスマトリックス及びこれを製作するためのフリットに好適なガラスの例としては、シリカガラス、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、及びこれらの組み合わせが挙げられる。シリカガラスは典型的には、１００重量パーセントのシリカから成る。いくつかの実施形態では、ガラスマトリックスは、金属酸化物又は半金属の酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化リチウム、酸化カリウム、酸化チタン、顔料（例えば、酸化コバルト、酸化クロム、及び酸化鉄）として特徴付けることのできる金属酸化物、及びこれらの混合物を含む、ガラスである。
【００２１】
ガラスマトリックス、ガラスマトリックス前駆体組成物、及び／又はフリットにとって好適な範囲の例としては、ガラス質材料の総重量を基準として２５〜９０重量％、任意選択的に３５〜８５重量％のＳｉＯ２、ガラス質材料の総重量を基準として０〜４０重量％、任意選択的に０〜３０重量％のＢ２Ｏ３、ガラス質材料の総重量を基準として０〜４０重量％、任意選択的に５〜３０重量％のＡｌ２Ｏ３、ガラス質材料の総重量を基準として０〜５重量％、任意選択的に０〜３重量％のＦｅ２Ｏ３、ガラス質材料の総重量を基準として０〜５重量％、任意選択的に０〜３重量％のＴｉＯ２、ガラス質材料の総重量を基準として０〜２０重量％、任意選択的に０〜１０重量％のＣａＯ、ガラス質材料の総重量を基準として０〜２０重量％、任意選択的に１〜１０重量％のＭｇＯ、ガラス質材料の総重量を基準として０〜２０重量％、任意選択的に０〜１０重量％のＫ２Ｏ、ガラス質材料の総重量を基準として０〜２５重量％、任意選択的に０〜１５重量％のＮａ２Ｏ、ガラス質材料の総重量を基準として０〜２０重量％、任意選択的に０〜１２重量％のＬｉ２Ｏ、ガラス質材料の総重量を基準として０〜１０重量％、任意選択的に０〜３重量％のＺｎＯ、ガラス質材料の総重量を基準として０〜１０重量％、任意選択的に０〜３重量％のＢａＯ、及びガラス質材料の総重量を基準として０〜５重量％、任意選択的に０〜３重量％の金属酸化物（例えば、ＣｏＯ、Ｃｒ２Ｏ３、又は他の顔料）が挙げられる。
【００２２】
好適なケイ酸塩ガラスの組成の例は、ガラスフリットの総重量を基準として、約７０〜約８０重量パーセントのシリカ、約１０〜約２０パーセントの酸化ナトリウム、約５〜約１０パーセントの酸化カルシウム、約０．５〜約１パーセント酸化アルミニウム、約２〜約５パーセントの酸化マグネシウム、及び約０．５〜約１パーセントの酸化カリウムを含む。好適なケイ酸塩ガラスの組成の別の例は、ガラスフリットの総重量を基準として、約７３重量パーセントのシリカ、約１６重量パーセントの酸化ナトリウム、約５重量パーセントの酸化カルシウム、約１重量パーセントの酸化アルミニウム、約４重量パーセントの酸化マグネシウム、及び約１重量パーセントの酸化カリウムを含む。いくつかの実施形態では、ガラスマトリックスは、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３を含む、アルミナ−ホウケイ酸塩ガラスを含む。好適なホウケイ酸塩ガラスの組成の例は、ガラスフリットの総重量を基準として、約５０〜約８０重量パーセントのシリカ、約１０〜約３０重量パーセントの酸化ホウ素、約１〜約２重量パーセントの酸化アルミニウム、約０〜約１０重量パーセントの酸化マグネシウム、約０〜約３重量パーセントの酸化亜鉛、約０〜約２重量パーセントの酸化カルシウム、約１〜約５重量パーセントの酸化ナトリウム、約０〜約２重量パーセントの酸化カリウム、及び約０〜約２重量パーセントの酸化リチウムを含む。好適なホウケイ酸塩ガラスの組成の他の例は、ガラスフリットの総重量を基準として、約５２重量パーセントのシリカ、約２７重量パーセントの酸化ホウ素、約９重量パーセントの酸化アルミニウム、約８重量パーセントの酸化マグネシウム、約２重量パーセントの酸化亜鉛、約１重量パーセントの酸化カルシウム、約１重量パーセントの酸化ナトリウム、約１重量パーセントの酸化カリウム、及び約１重量パーセントの酸化リチウムを含む。好適なホウケイ酸塩ガラスの組成の他の例は、重量を基準として、４７．６１％のＳｉＯ２、１６．６５％のＡｌ２Ｏ３、０．３８％のＦｅ２Ｏ３、０．３５％のＴｉＯ２、１．５８％のＣａＯ、０．１０％のＭｇＯ、９．６３％のＮａ２Ｏ、２．８６％のＫ２Ｏ、１．７７％のＬｉ２Ｏ、１９．０３％のＢ２Ｏ３、０．０２％のＭｎＯ２、及び０．２２％のＰ２Ｏ５、並びに、６３％のＳｉＯ２、１２％のＡｌ２Ｏ３、１．２％のＣａＯ、６．３％のＮａ２Ｏ、７．５％のＫ２Ｏ、及び１０％のＢ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態において、有用なアルミナ−ホウケイ酸塩ガラスの組成は、約１８重量％のＢ２Ｏ３、８．５重量％のＡｌ２Ｏ３、２．８重量％のＢａＯ、１．１重量％のＣａＯ、２．１重量％のＮａ２Ｏ、１．０重量％のＬｉ２Ｏを含み、その残りはＳｉ２Ｏである。かかるアルミナ−ホウケイ酸塩ガラスは、フロリダ州ＯｌｄｓｍａｒのＳｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｇｌａｓｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販されている。
【００２３】
ガラス−セラミックを製作するためのガラスフリットは、アルミノケイ酸マグネシウム、アルミノケイ酸リチウム、アルミノケイ酸亜鉛、アルミノケイ酸カルシウム、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されてもよい。上に列挙したシステムにおいてガラスを形成できる既知の結晶性セラミック相としては、以下が挙げられる：コージライト（２ＭｇＯ．２Ａｌ２Ｏ３．５ＳｉＯ２）、ゲーレナイト（２ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３．ＳｉＯ２）、アノーサイト（２ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２）、ハーディストナイト（２ＣａＯ．ＺｎＯ．２ＳｉＯ２）、アケラナイト（２ＣａＯ．ＭｇＯ．２ＳｉＯ２）、スポジュメン（２Ｌｉ２Ｏ．Ａｌ２Ｏ３．４ＳｉＯ２）、ウィレマイト（２ＺｎＯ．ＳｉＯ２）、及びガーナイト（ＺｎＯ．Ａｌ２Ｏ３）。ガラス−セラミックを製作するためのガラスフリットは、核形成剤を含んでもよい。核形成剤は、ガラス−セラミックにおいて結晶性セラミック相の形成を促進するものとして知られている。特定の加工技法の結果、ガラス状材料は、結晶性セラミックが有する長距離秩序を有さない。ガラス−セラミックは、場合により９０％を超える１つの又は複数の結晶相及び結晶粒界を充填する残りの非結晶相を生成するように制御された、熱処理の結果である。ガラスセラミックは、セラミック及びガラスの両方の利点を組み合わせて、耐久性の高い機械的及び物理的特性を提供する。
【００２４】
ガラスマトリックスを形成するのに有用なフリットはまた、フリットバインダー（例えば、長石、硼砂、石英、ソーダ灰、酸化亜鉛、白亜、三酸化アンチモン、二酸化チタン、ケイフッ化ナトリウム、フリント、氷晶石、ホウ酸、及びこれらの組み合わせ）、並びに他の鉱物（例えば、粘土、カオリン、ウォラストナイト、石灰岩、ドロマイト、チョーク、及びこれらの組み合わせ）を含有してもよい。
【００２５】
本開示による凝集粒子中のガラスマトリックスは、例えば、所望の熱膨張係数（ＣＴＥ）に基づいて選択されてもよい。一般に、ガラスマトリックス及び溶融アルミナ粒子が同様の、例えば、互いの±１００％、５０％、４０％、２５％、又は２０％のＣＴＥを有するのが有用である。溶融アルミナのＣＴＥは、典型的には約８ｘ１０−６／ケルビン（Ｋ）である。ガラスマトリックスは、４ｘ１０−６／Ｋ〜１６ｘ１０−６／Ｋの範囲内のＣＴＥを有するように選択されてもよい。以下の例で使用されるガラスフリットは、約７．７ｘ１０−６／ＫのＣＴＥを有すると考えられている。好適なガラスマトリックスを製作するためのガラスフリットの例は、例えば、オハイオ州ＣａｒｒｏｌｌｔｏｎのＦｕｓｉｏｎ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから「Ｆ２４５」の商品名で市販されている。
【００２６】
凝集粒子は、凝集粒子の総重量を基準として、約７０重量パーセント〜９５重量パーセントのアルミナ粒子、及び３０重量パーセント〜５重量パーセントのガラスマトリックスを含む。いくつかの実施形態では、凝集粒子は、凝集粒子の総重量を基準として、約７０重量パーセント〜８５重量パーセントのアルミナ粒子、及び３０重量パーセント〜１５重量パーセントのガラスマトリックスを含む。いくつかの実施形態では、凝集粒子は、凝集粒子の総重量を基準として、約７０重量パーセント〜８０重量パーセントのアルミナ粒子、及び３０重量パーセント〜２０重量パーセントのガラスマトリックスを含む。本開示による凝集粒子では、ガラスマトリックスの量は比較的小さく（例えば、最大３０、２０、１５、又は５パーセント）、このことは、例えば、芯無し研削用途において使用される被覆ベルトにおいて、凝集粒子の所望の浸食を容易にするのに有用であり得る。
【００２７】
凝集粒子は、添加剤、例えば、充填材、研削助剤、顔料（例えば、金属酸化物顔料）、接着促進剤、及び他の加工材料を更に含んでもよい。充填材の例としては、小さなグラスバブルズ、中実のガラス球、アルミナ、ジルコニア、チタニア、及び金属酸化物充填材が挙げられ、これらにより凝集体の浸食性を改善できる。研削助剤の例としては、ワックス、有機ハライド化合物、ハライド塩、及び金属、並びにこれらの合金が挙げられる。有機ハライド化合物は、典型的には、研磨中に分解し、ハロゲン酸又はガス状のハライド化合物を放出する。かかる材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンなどの塩素化ワックス、及びポリ塩化ビニルが挙げられる。ハライド塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウムクリオライト、ナトリウムクリオライト、アンモニウムクリオライト、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、及び塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、及びチタンが挙げられる。他の研削助剤の例としては、イオウ、有機イオウ化合物、黒鉛、及び金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを使用することができる。顔料の例としては、酸化鉄、二酸化チタン、及びカーボンブラックが挙げられる。加工材料、すなわち加工助剤の例としては、液体、及び一時的有機バインダー前駆体が挙げられる。液体は、水、有機溶媒、又はこれらの組み合わせとすることができる。有機溶媒の例としては、アルカン、イソプロパノールなどのアルコール、メチルエチルケトンなどのケトン、エステル、及びエーテルが挙げられる。
【００２８】
本開示による凝集粒子の形状は角錐台形であり、これは切頭角錐と呼ばれる場合もある。いくつかの実施形態では、凝集粒子は、四角錐台の形状を有する。図１は、基部６３、上面６２、及び側壁６６を有する凝集粒子６１を示す。点線と側壁６６との間の角度は、凝集粒子６１のテーパ角度αを画定する。いくつかの実施形態では、凝集粒子６１のテーパ角度αは２０度未満である。いくつかの実施形態では、凝集粒子６１のテーパ角度αは、２度〜１５度の範囲内である。いくつかの実施形態では、凝集粒子６１のテーパ角度αは８度である。２０度未満、いくつかの実施形態では２〜１５度又は８度のテーパ角度αが、凝集粒子６１の均一な摩耗をもたらすと考えられており、このことは、以下の実施例１〜５に示す、サイクルを繰り返した後の一貫した切削量によって実証されている。ゼロ度よりも大きいテーパはまた、凝集粒子の型成形のために使用される器具から凝集粒子を取り出す際にも役立つ。図１にはまた、側壁６６が上面６２に接する角の内側の半径である、半径ｒも示されている。型を材料で完全に充填する、及び型から凝集粒子を取り出すために、僅かに丸みを帯びた又はＲを付けた角を有するのが有用であり得る。凝集粒子６１の高さＨは、基部６１から上面６２まで測定される。
【００２９】
本開示による凝集粒子は、少なくとも４００マイクロメートル、いくつかの実施形態では、少なくとも５００マイクロメートル、又は少なくとも６００マイクロメートルの面寸法を有する。面寸法は、角錐台の６つの面のうちの１つの幅、長さ、又は対角線であり得る。凝集粒子の最大面寸法は、典型的には、図１に示す基部６３の対角線となる。いくつかの実施形態では、本開示による凝集粒子は、最大１．５ミリメートル（ｍｍ）、１．５ｍｍ未満、最大１．４ｍｍ、１．２５ｍｍ、１ｍｍ、又は０．９ｍｍの最大面寸法を有する。いくつかの実施形態では、凝集粒子は、約４００マイクロメートル〜１．５ｍｍ、４００マイクロメートル〜１０００マイクロメートル、５００マイクロメートル〜１０００マイクロメートル、５００マイクロメートル〜９００マイクロメートル、又は６００マイクロメートル〜９００マイクロメートルの範囲内の、面寸法を有する。一般に、凝集粒子の面寸法（いくつかの実施形態では、最大面寸法）は、凝集粒子中の溶融アルミナの平均サイズの、少なくとも約３、５、又は１０倍である。
【００３０】
本開示による方法において有用な成形凝集粒子は、他の形状及びサイズを有してもよい。成形凝集粒子の有用な形状の例としては、三角形、円形、四角形、正方形、逆角錐形、角錐台形、切頭球形、切頭回転楕円体形、円錐形、及び円錐台形が挙げられる。
【００３１】
本開示による凝集粒子を製作するために、様々な方法、例えば、型成形、押出成形、及び型抜きが、有用であり得る。凝集粒子を製作する１つの方法は、例えば、ガラスマトリックス前駆体（例えば、ガラスフリット）、溶融アルミナ、及び一時的有機バインダーを含む出発材料を混合することを含む。一時的有機バインダーにより、この混合物をより容易に成形すること、及び更なる加工中にこの形状を維持することが可能になる。好適な一時的有機バインダーの例としては、デキストリン及びメチルセルロースが挙げられる。任意選択的に、上記したような他の添加剤及び加工助剤、例えば、無機充填材、研削助剤、及び／又は液体媒体（例えば、水又は有機溶媒）を使用してもよい。出発材料を、均一な混合物が得られる任意の従来の技法によって１つに混合することができる。例えば、プラネタリーミキサーなどの機械的混合デバイス中で、溶融アルミナ粒体を一時的有機バインダーと混合することができる。結果的に得られる混合物に、次いでガラスマトリックス前駆体（例えば、ガラスフリット）を加え、均一な混合物が得られるまで、典型的には１０〜３０分、ブレンドすることができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、出発材料は液体媒体（例えば、水又は有機溶媒）中で混合されて、スラリーとなる。溶融シリカ充填材などのいくつかの無機充填材が、例えばレオロジー改質剤として有用であり得る。
【００３３】
次いで混合物を成形及び加工して、凝集体前駆体を形成することができる。混合物は、例えば、型成形、押出成形、及び型抜きによって成形されてもよい。典型的には、一時的有機バインダーの損失に関連するある程度の収縮が存在することになり、この収縮は、初期の形状及びサイズを決定するときに考慮に入れられてもよい。成形工程は、バッチ工程で、又は連続的な様式で、行うことができる。いくつかの実施形態では、凝集体の成形は、組み合わされ均一な混合物として形成されている出発材料を、凝集粒子の角錐台の反転形状を有する型の中に入れることによって行われる。型は粒子を取り出すことが可能な任意の型、例えば、シリコーン製の型又はポリプロピレン製の型とすることができる。更に、この型は、取り出しを容易にする離型剤を含んでもよい。次いで混合物を収容した型を、どのような液体も少なくとも部分的に除去されるように、オーブンに入れて加熱することができる。温度は使用される一時的有機バインダーによって異なり、典型的には３５〜２００℃、いくつかの実施形態では７０〜１５０℃である。次いでこの少なくとも部分的に乾燥した混合物が、型から取り出される。凝集体を取り出すために型を破壊する（例えば、完全に焼き落とす）ことも可能である。
【００３４】
次いでこの凝集体前駆体は加熱されて、凝集体前駆体を調製するために使用された有機材料、例えば一時的有機バインダーが焼失され、ガラス質バインダーが融解又はガラス化されるが、これらは、任意の必要な温度変化に対応して、別々に又は連続した１つのステップとして行われてもよい。有機材料を焼失させるための温度は、凝集粒子の多孔性を制御するように選択されてもよい。選択される温度は、一時的有機バインダー及び他の任意選択的な原料の、化学的性質に依存し得る。典型的には、有機材料を焼失させる温度は、約５０〜６００℃、いくつかの実施形態では７５〜５００℃の範囲であるが、より高い温度も可能である。ガラス質バインダーを融解又はガラス化する温度は、典型的には、６５０〜１１５０℃、いくつかの実施形態では６５０〜９５０℃の範囲である。
【００３５】
凝集粒子は、凝集粒子がその製造中に互いに集合するのを最小化するのに有用であり得る無機粒子のコーティングを含んでもよい。しかしながら、このコーティングは、マトリックス中に組み込まれないか又は結合されないので、凝集粒子の一部とは見なされない。本開示による凝集粒子は、ガラスマトリックス中で結合された溶融アルミナ粒子を含む。ガラスマトリックス中の溶融アルミナはマトリックスによって結合されており、単にすすぐこと又はふるいにかけることでは、取り除くことができない。
【００３６】
本開示による凝集粒子を被覆するのに好適な無機粒子の例としては、充填材及び砥粒、例えば、金属炭酸塩、シリカ、ケイ酸塩、金属硫酸塩、金属炭化物、金属窒化物、金属ホウ化物、石膏、金属酸化物、黒鉛、及び金属亜硫酸塩が挙げられる。無機粒子は溶融アルミナを含んでもよく、これにはその実施形態のいずれかにおいて上記した溶融アルミナを含む。コーティングに好適な無機粒子は、凝集粒子中の溶融アルミナ粒子と同じ、より大きい、又はより小さい粒子サイズを有してもよい。いくつかの実施形態では、無機粒子は、約１０〜５００、いくつかの実施形態では２５〜２５０マイクロメートルの範囲のサイズを有する。凝集粒子をそれらが成形された（例えば、型から取り外された）後で無機粒子と混合することによって、無機粒子のコーティングを施すことができる。無機粒子を凝集体前駆体の表面に固定するのを補助するために、水、溶媒、又は一時的有機バインダー前駆体のうちの少なくとも１つを少量、例えば、凝集体前駆体の重量を基準として５〜１５重量％又は６〜１２重量％の範囲の量で、加えてもよい。
【００３７】
結果的に得られる凝集体を次いで、結合特性を最適化するように熱処理することができる。熱処理は、３００〜９００℃、いくつかの実施形態では３５０〜８００℃又は４００〜７００℃の範囲の温度で、加熱することを含む。
【００３８】
凝集粒子は多孔質であっても非多孔質であってもよい。多孔性は、使用されたアルミナの取り出しを容易にすることによって、研磨加工中の凝集体の浸食に影響し得る。上記したように、凝集体の多孔性は、一時的有機バインダーから生じ得る。充填材の使用を通して人工的な多孔性を生むこともできる。例えば、ガラスマトリックスに孔を組み込むために、ガラスフリットとともにグラスバブルズを含めることができる。孔の形成に有用であり得る他の充填材としては、コルク、破砕した貝殻、又はポリマー材料が挙げられる。本明細書で使用するとき、用語「人工的な多孔性」は、充填材又は他の孔形成剤の使用を介して、設計により凝集粒子に組み込まれた多孔性を指す。人工的な多孔性には、例えば、ガラスマトリックスの形成中に本来的に生じる多孔性は含まないものとする。いくつかの実施形態では、凝集体は、走査型電子顕微鏡で観察したときに、体積にして約ゼロパーセント〜約６０パーセントの孔、場合によっては体積にして約ゼロパーセント〜約２５パーセントの孔を含む。
【００３９】
本開示による凝集粒子は、例えば、被覆研磨材及び不織布研磨材において有用であり得る。被覆研磨材は、バッキングに結合された複数の凝集粒子を含み得る。不織布研磨材は、嵩高で多孔性の不織布基材の表面及び中に結合された複数の凝集粒子を含み得る。被覆研磨材及び不織布研磨材用の結合材料は、典型的には有機バインダーである。
【００４０】
本開示による凝集粒子を含む被覆研磨材の実施形態が、図２に示されている。図２に示す実施形態では、被覆研磨物品１０はバッキング１１を備え、このバッキングの第１の主表面１８上にメイクコート１２が存在する。メイクコート内に複数の凝集粒子１３が接着される。メイクコートは、凝集粒子をバッキングに結合する役割を果たす。凝集粒子は、複数の溶融アルミナ粒体１４及びガラスマトリックス１５を含む。凝集粒子１３の形状は角錐台形である。図示した実施形態では、研磨凝集体は、切頭四面角錐（すなわち、四角錐台）の形状である。凝集粒子１３を覆ってサイズコート１６が存在する。サイズコートの目的の１つは、バッキング１１上での凝集粒子１３の接着を補強することである。被覆研磨材中のメイクコート、サイズコート、及び凝集粒子は、研磨層１７を形成する。
【００４１】
本開示による被覆研磨物品には、様々なバッキング１１が好適である。好適なバッキング１１の例としては、ポリマーフィルム、プライマー処理したポリマーフィルム、未漂白未染色の（greige）布、布、紙、バルカナイズドファイバー、不織材、これらを処理したもの、及びそれらの組み合わせが挙げられる。バッキング１１は、任意選択的な添加剤、例えば、充填材、繊維、帯電防止剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、顔料、染料、カップリング剤、可塑剤、及び懸濁化剤を含んでもよい。これらの任意選択的な材料の量は、所望の特性によって変わる。バッキングは、その加工及び研磨中の使用条件に耐えるのに十分な強度及び耐熱性を有するように選択されてもよい。更に、研磨物品が濡れた又は潤滑的な環境での使用を意図されている場合、バッキングは、十分な耐水性及び／又は耐油性を有するように選択されてもよく、これは、バッキングが研磨中に劣化しないように、バッキングを熱硬化性樹脂で処理することによって得られる。有用な樹脂としては、ゴムで任意選択的に改質され得るフェノール樹脂、フルオレン化合物で任意選択的に改質され得るエポキシ樹脂、及びビスマレイミド樹脂が挙げられる。
【００４２】
被覆研磨材において、メイクコート１２及びサイズコート１６をまとめてバインダーと呼ぶ場合があり、これらは同じ又は異なるバインダー前駆体から製作されてもよい。被覆研磨物品の製造中に、バインダー前駆体が、バインダー前駆体の重合又は硬化の開始を助けるエネルギー源に曝される。エネルギー源の例としては、熱エネルギー及び放射エネルギー（例えば、電子ビーム、紫外光、及び可視光）が挙げられる。この重合プロセス中に、バインダー前駆体は重合又は硬化され、固化したバインダーとなる。
【００４３】
バインダーは、（例えば、ＵＶ光又は熱などのエネルギーを介する）硬化性有機材料から形成することができる。例としては、アミノ樹脂、アルキル化尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、アルキル化ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド樹脂、アクリレート樹脂（アクリレート及びメタクリレートを含む）、例えば、ビニルアクリレート、アクリル化エポキシ、アクリル化ウレタン、アクリル化ポリエステル、アクリル化アクリル、アクリル化ポリエーテル、ビニルエーテル、アクリル化油、アクリル化シリコーン、アルキド樹脂、例えば、ウレタンアルキド樹脂、ポリエステル樹脂、反応性ウレタン樹脂、レゾール樹脂及びノボラック樹脂などのフェノール樹脂、フェノール／ラテックス樹脂、ビスフェノールエポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、イソシアネート、イソシアヌレート、ポリシロキサン樹脂（アルキルアルコキシシラン樹脂を含む）、反応性ビニル樹脂、並びにフェノール樹脂（レゾール及びノボラック）が挙げられる。これらの樹脂は、モノマー、オリゴマー、ポリマー、又はこれらの組み合わせとして提供され得る。
【００４４】
バインダー前駆体は、縮合硬化性樹脂、付加重合性樹脂、ラジカル硬化性樹脂、並びに／又はかかる樹脂の組み合わせ及びブレンドとすることができる。あるバインダー前駆体は、フリーラジカル機構を介して重合する樹脂又は樹脂混合物である。重合プロセスは、バインダー前駆体を、適切な触媒とともに、熱エネルギー又は放射エネルギーなどのエネルギー源に曝すことによって開始される。放射エネルギーの例としては、電子ビーム、紫外光、又は可視光が挙げられる。
【００４５】
好適なバインダー前駆体の例としては、フェノール樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、シアネート樹脂、イソシアヌレート樹脂、（メタ）アクリレート樹脂（例えば、（メタ）アクリル化ウレタン、（メタ）アクリル化エポキシ、エチレン性不飽和ラジカル重合性化合物、ペンダントα、β−不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、及び少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体）、ビニルエーテル、エポキシ樹脂、並びにこれらの混合物及び組み合わせが挙げられる。本明細書で使用するとき、用語「（メタ）アクリル」は、アクリル及び／又はメタクリルを包含する。エチレン性不飽和モノマー若しくはオリゴマー、又は（メタ）アクリレートモノマー若しくはオリゴマーは、単官能性、二官能性、三官能性、又は四官能性、又は更に高い官能性を有してもよい。
【００４６】
フェノール樹脂は良好な熱特製及び可用性を有し、比較的コストが低く取扱いが容易である。２つの種類のフェノール樹脂、レゾール及びノボラックが存在する。レゾールフェノール樹脂は、ホルムアルデヒド対フェノールのモル比が１対１以上、典型的には１．５：１．０〜３．０：１．０である。ノボラック樹脂は、ホルムアルデヒド対フェノールのモル比が１対１未満である。市販のフェノール樹脂の例としては、テキサス州ＤａｌｌａｓのＯｃｃｉｄｅｎｔａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｃｏｒｐ．から商品名ＤＵＲＥＺ及びＶＡＲＣＵＭで、ミズーリ州Ｓａｉｎｔ  ＬｏｕｉｓのＭｏｎｓａｎｔｏ  Ｃｏ．からＲＥＳＩＮＯＸ  で、及びオハイオ州ＤｕｂｌｉｎのＡｓｈｌａｎｄ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．からＡＥＲＯＦＥＮＥ及びＡＲＯＴＡＰで知られているものが挙げられる。
【００４７】
（メタ）アクリル化ウレタンは、ヒドロキシル基末端ＮＣＯ延長ポリエステル又はポリエーテルのジ（メタ）アクリレートエステルを含む。市販のアクリル化ウレタンの例としては、ニュージャージー州Ｗｅｓｔ  ＰａｔｅｒｓｏｎのＣｙｔｅｃ  ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからＣＭＤ  ６６００、ＣＭＤ  ８４００、及びＣＭＤ  ８８０５として入手可能なものが挙げられる。
【００４８】
（メタ）アクリル化エポキシは、ビスフェノールＡエポキシ樹脂のジアクリレートエステルなどのエポキシ樹脂のジ（メタ）アクリレートエステルを含む。市販のアクリル化エポキシの例としては、Ｃｙｔｅｃ  ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからＣＭＤ  ３５００、ＣＭＤ  ３６００、及びＣＭＤ  ３７００として入手可能なものが挙げられる。
【００４９】
エチレン性不飽和ラジカル重合性化合物としては、炭素、水素、及び酸素、並びに任意選択的に窒素及びハロゲンの原子を含有する、モノマー及びポリマーの化合物が挙げられる。酸素原子若しくは窒素原子、又はその両方は、一般に、エーテル基、エステル基、ウレタン基、アミド基、及び尿素基中に存在している。エチレン性不飽和ラジカル重合性化合物は、典型的には約４，０００ｇ／モル未満の分子量を有し、典型的には、単一の脂肪族ヒドロキシル基又は複数の脂肪族ヒドロキシル基を含有する化合物と、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸などの不飽和カルボン酸との反応から作られるエステルである。（メタ）アクリレート樹脂の代表例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレートスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、及びペンタエリスリトールテトラアクリレートが挙げられる。他のエチレン性不飽和樹脂としては、モノアリルエステル、ポリアリルエステル、及びポリメタリルエステル、並びに、カルボン酸のアミド、例えば、フタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、及びＮ，Ｎ−ジアリルアジパミドが挙げられる。更に他のエチレン性不飽和化合物は、窒素含有化合物、例えば、トリス（２−アクリロイル−オキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリス（２−メチアクリロキシエチル）−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、及びＮ−ビニルピペリドンである。
【００５０】
有用なアミノプラスト樹脂は、分子又はオリゴマー当たり少なくとも１つのペンダントα，β−不飽和カルボニル基を有する。これらの不飽和カルボニル基は、アクリレート型、メタクリレート型、又はアクリルアミド型の基とすることができる。かかる材料の例としては、Ｎ−（ヒドロキシメチル）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−オキシジメチレンビスアクリルアミド、オルト及びパラ−アクリルアミドメチル化フェノール、アクリルアミドメチル化フェノールのノボラック、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。これらの材料については、米国特許第４，９０３，４４０号及び同第５，２３６，４７２号（いずれもＫｉｒｋら）に更に記載されている。
【００５１】
少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体。少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体については、米国特許第４，６５２，２７４号（Ｂｏｅｔｔｃｈｅｒら）に更に記載されている。あるイソシアヌレート材料の例は、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレートである。
【００５２】
エポキシ樹脂は１つ以上のエポキシ基を有し、これらはエポキシ基の開環によって重合され得る。かかるエポキシ樹脂としては、モノマーエポキシ樹脂及びオリゴマーエポキシ樹脂が挙げられる。有用なエポキシ樹脂の例としては、２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニルプロパン］（ジグリシジルエーテルのビスフェノール）、並びに、オハイオ州ＣｏｌｕｍｂｕｓのＭｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＥＰＯＮ  ８２８、ＥＰＯＮ  １００４、及びＥＰＯＮ  １００１Ｆとして、並びに、ミシガン州ＭｉｄｌａｎｄのＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．からＤＥＲ−３３１、ＤＥＲ−３３２、及びＤＥＲ−３３４として入手可能な材料が挙げられる。他の好適なエポキシ樹脂としては、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．からＤＥＮ−４３１及びＤＥＮ−４２８として市販されている、フェノールホルムアルデヒドノボラックのグリシジルエーテルが挙げられる。
【００５３】
エポキシ樹脂は、適切なカチオン硬化剤の添加によってカチオン機構を介して重合し得る。カチオン硬化剤は、エポキシ樹脂の重合を開始する酸源を生成する。これらのカチオン硬化剤としては、オニウムカチオンと金属又は半金属の錯体アニオンを含有するハロゲンとを有する塩を挙げることができる。エポキシ樹脂及びフェノール樹脂に対して、他の硬化剤（例えば、アミン硬化剤及びグアニジン）を使用してもよい。
【００５４】
他のカチオン硬化剤としては、有機金属錯体カチオンと金属又は半金属のハロゲン含有錯体アニオンとを有する塩が挙げられ、これらについては米国特許第４，７５１，１３８号（Ｔｕｍｅｙら）に更に記載されている。他の例としては、米国特許第４，９８５，３４０号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏら）、同第５，０８６，０８６号（Ｂｒｏｗｎ−Ｗｅｎｓｌｅｙら）、及び同第５，３７６，４２８号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏら）に記載されている、有機金属塩及びオニウム塩が挙げられる。更に他のカチオン硬化剤としては、金属が周期表のＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、及びＶＩＩＩＢ族の元素から選択される、有機金属錯体のイオン性塩が挙げられ、これについては米国特許第５，３８５，９５４号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏら）に記載されている。
【００５５】
ラジカル重合性エチレン性不飽和化合物は、フリーラジカル熱開始剤及び／若しくは光開始剤の分解によって又は微粒子放射線（電子ビーム）若しくは高エネルギー放射線（ガンマ線）への暴露によって形成されるフリーラジカルに曝されると、重合する。化学作用を有する電磁放射線（例えば、紫外電磁放射線又は可視電磁放射線）に曝されるとフリーラジカル源を生成する化合物は一般に、光開始剤と称される。
【００５６】
フリーラジカル熱開始剤の例としては、過酸化物、例えば、過酸化ベンゾイル及びアゾ化合物が挙げられる。
【００５７】
光開始剤の例としては、ベンゾイン及びその誘導体、例えば、α−メチルベンゾイン、α−フェニルベンゾイン、α−アリルベンゾイン、α−ベンジルベンゾイン、ベンゾインエーテル、例えば、ベンジルジメチルケタール（例えば、ニューヨーク州ＴａｒｒｙｔｏｗｎのＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＩＲＧＡＣＵＲＥ  ６５１として市販されているもの）、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインｎ−ブチルエーテル、アセトフェノン及びその誘導体、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノン（例えば、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＤＡＲＯＣＵＲ  １１７３）、及び１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（例えば、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８４）、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−（４−モルホリニル）−１−プロパノン（例えば、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＩＲＧＡＣＵＲＥ  ９０７、２−ベンジル−２−（ジメチルアミノ）−１−［４−（４−モルホリニル）フェニル］−１−ブタノン（例えば、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＩＲＧＡＣＵＲＥ  ３６９）が挙げられる。他の有用な光開始剤としては、例えば、ピバロインエチルエーテル、アニソインエチルエーテル、アントラキノン類（例えば、アントラキノン、２−エチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、１−メトキシアントラキノン、又はベンズアントラキノン）、ハロメチルトリアジン、ベンゾフェノン及びその誘導体、ヨードニウム塩及びスルホニウム塩、チタン錯体、例えばビス（エタ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス［２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル］チタン（例えば、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓのＣＧＩ  ７８４ＤＣとして）、ハロニトロベンゼン（例えば、４−ブロモメチルニトロベンゼン）、モノ−及びビス−アシルホスフィン（例えば、全てＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓの、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １７００、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８００、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８５０、ＤＡＲＯＣＵＲ  ４２６３、及びＤＡＲＯＣＵＲ  ４２６５、並びに、ノースカロライナ州ＣｈａｒｌｏｔｔｅのＢＡＳＦ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＬＵＣＩＲＩＮ  ＴＰＯとして入手可能な、２，４，６−トリメチルベンゾイル−ジフェニルフォスフィンオキシド）が挙げられる。光開始剤の組み合わせを使用してもよい。
【００５８】
典型的には、硬化剤（例えば、フリーラジカル開始剤（光若しくは熱）又はカチオン硬化触媒）が、バインダー材料前駆体の重量を基準として、０．１〜１０重量パーセント、好ましくは２〜４重量パーセントの範囲の量で使用されるが、他の量を使用してもよい。更に、研磨粒子及び／又は充填材粒子などの何らかの粒子状材料を加える前に、バインダーマトリックス前駆体中に開始剤を均一に分散又は溶解させるのが好ましい。例えば、特定の化学線源に対する光開始剤の感度を上げるために、光開始剤と併せて１種以上の分光増感剤（例えば、染料）を使用してもよい。好適な増感剤の例としては、チオキサントン及び９，１０−アントラキノンが挙げられる。一般に、光増感剤の量は、バインダー材料前駆体の重量を基準として、約０．０１〜１０重量パーセントまで、より好ましくは０．２５〜４．０重量パーセントまでで、変えてもよい。光増感剤の例としては、ニューヨーク州Ｎｅｗ  ＹｏｒｋのＢｉｄｄｌｅ  Ｓａｗｙｅｒ  Ｃｏｒｐ．からＱＵＡＮＴＩＣＵＲＥ  ＩＴＸ、ＱＵＡＮＴＩＣＵＲＥ  ＱＴＸ、ＱＵＡＮＴＩＣＵＲＥ  ＰＴＸ、ＱＵＡＮＴＩＣＵＲＥ  ＥＰＤとして入手可能なものが挙げられる。
【００５９】
バインダーと凝集粒子の間の会合架橋を促進するために、研磨粒子及びバインダー前駆体のスラリー中に、シランカップリング剤が、典型的には約０．０１〜５重量パーセントの量で、より典型的には約０．０１〜３重量パーセントの量で、より典型的には約０．０１〜１重量パーセントの量で含まれてもよいが、例えば研磨粒子のサイズに応じて、他の量を使用してもよい。好適なシランカップリング剤としては、例えば、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、３，４−エポキシシクロヘキシルメチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（例えば、コネチカット州ＧｒｅｅｎｗｉｃｈのＷｉｔｃｏ  Ｃｏｒｐ．からそれぞれ商品名Ａ−１７４、Ａ−１５１、Ａ−１７２、Ａ−１８６、Ａ−１８７、及びＡ−１８９で入手可能なもの）、アリルトリエトキシシラン、ジアリルジクロロシラン、ジビニルジエトキシシラン、メタパラスチリルエチルトリメトキシシラン（例えば、ペンシルバニア州ＢｒｉｓｔｏｌのＵｎｉｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓからそれぞれ商品名Ａ０５６４、Ｄ４０５０、Ｄ６２０５、及びＳ１５８８として市販のもの）、ジメチルジエトキシシラン、ジヒドロキシジフェニルシラン、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラノール、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラエチルオルトシリケート、テトラメチルオルトシリケート、エチルトリエトキシシラン、アミルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、アミルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジエトキシシラン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
【００６０】
バインダー及び／又はバインダー前駆体は、任意選択的に、添加剤、例えば、着色剤、研削助剤、充填材、粘度改質剤、湿潤剤、分散剤、光安定剤、及び酸化防止剤など、を含有してもよい。
【００６１】
バインダーにおいて有用な充填材は一般に、０．１〜５０マイクロメートル、典型的には１〜３０マイクロメートルの平均粒子サイズ範囲を有する。有用な充填材の例としては、金属炭酸塩（例えば、チョーク、方解石、泥灰岩、トラバーチン、大理石、及び石灰岩などの、炭酸カルシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、並びに炭酸マグネシウム）、シリカ（例えば、石英、ガラスビーズ、グラスバブルズ、及びガラス繊維）、ケイ酸塩（例えば、滑石、モンモリロナイトなどの粘土、長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、並びに含水及び無水ケイ酸カリウム）、金属硫酸塩（例えば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム）、石膏、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、石灰などの酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化第二スズなどの酸化スズ、二酸化チタン）、亜硫酸塩（例えば、亜硫酸カルシウム）、熱可塑性粒子（例えば、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン、アセタールポリマー、ポリウレタン、ナイロン粒子）、並びに熱硬化性粒子（例えば、フェノールバブル、フェノールビーズ、ポリウレタンフォーム粒子）が挙げられる。充填材は、ハライド塩などの塩であってもよい。ハライド塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウムクリオライト、ナトリウムクリオライト、塩化アンモニウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、及び塩化マグネシウムが挙げられる。金属充填材の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、及びチタンが挙げられる。他の各種充填材としては、イオウ、有機イオウ化合物、黒鉛、及び金属硫化物が挙げられる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、ポリマーバインダーは６０未満のヌープ硬度を有する。ポリマーバインダーのヌープ硬度は、例えば、充填材及びカップリング剤の選択の影響を受ける可能性がある。いくつかの実施形態では、ポリマーバインダーは、ポリマーバインダー組成物の総重量を基準として、上記した充填材のうちのいずれかを５０重量パーセント未満含む。いくつかの実施形態では、ポリマーバインダーは充填材を含まないか、又は、ポリマーバインダー組成物の総重量を基準として、上記した充填材のうちのいずれかを、５、４、３、２、若しくは１重量パーセント未満含む。充填材を含まないポリマーバインダーのヌープ硬度数は一般に、２０〜５０の範囲にわたる。ヌープ硬度は、以下の実施例において提供される詳細に照らして、ＡＳＴＭ  Ｄ  １４７４−８５（Ｍｅｔｈｏｄ  Ａ）を使用して測定できる。いくつかの実施形態では、ポリマーバインダーはシランカップリング剤を含まないか、又は、ポリマーバインダー組成物の総重量を基準として、０．５、０．２、若しくは０．１重量パーセント未満のシランカップリング剤を含む。
【００６３】
本開示による被覆研磨物品の製作には、様々な方法が好適であり得る。再び図２を参照すると、第１の有機物ベースのバインダー前駆体を含むメイクコート１２を、バッキング１１の第１の主表面１８に、スプレーコーティング、ロールコーティング、ダイコーティング、パウダーコーティング、ホットメルトコーティング、又はナイフコーティングなど、任意の好適な技法によって適用することができる。上記したように調製され得る凝集粒子１３を、メイクコート前駆体上に射出し、その中に接着することができる。いくつかの実施形態では、凝集粒子はドロップコーティングされる。いくつかの実施形態では、凝集粒子１３はバッキング１１上に単層を形成する。
【００６４】
結果的に得られる構造は次いで、上記したような熱又は放射線などの第１のエネルギー源に曝され、この結果第１のバインダー前駆体が少なくとも部分的に硬化されて、流動しないメイクコートが形成される。例えば、結果的に得られる構造を、５０〜１３０℃、いくつかの実施形態では８０〜１１０℃の温度の熱に、３０分〜３時間の範囲の時間の期間の間、曝すことができる。これに続き、第１のバインダー前駆体と同じであっても異なっていてもよい第２のバインダー前駆体を含むサイズコートが、任意の従来の技法によって、例えば、スプレーコーティング、ロールコーティング、及びカーテンコーティングによって、凝集粒子の上に適用される。最後に、結果的に得られる研磨物品は、第１のエネルギー源と同じであっても異なっていてもよい第２のエネルギー源に曝され、この結果、メイクコート及び第２のバインダー前駆体が完全に硬化又は重合されて、熱硬化性ポリマーとなる。
【００６５】
本開示による不織布研磨材は、研磨材において使用するのに好適な不織布ウェブを含む。用語「不織布」は、個々の繊維又はスレッドが差し挟まれているが（例えば編地の場合のように）識別可能であるようにはなっていない構造を有する材料を指す。図２に示す部分断面図は、本開示による不織布研磨物品の実施形態をも示すことができ、この場合、参照番号１１が不織布研磨物品の個々の繊維を指す。典型的には、不織布ウェブは、交絡した繊維のウェブを含む。繊維は、連続繊維、短繊維、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、不織布ウェブは、少なくとも約２０ｍｍ、少なくとも約３０ｍｍ、又は少なくとも約４０ｍｍ、かつ約１１０ｍｍ未満、約８５ｍｍ未満、又は約６５ｍｍ未満の長さを有する短繊維を含んでもよいが、より短い繊維及びより長い繊維（例えば、連続フィラメント）も有用である場合がある。繊維は、少なくとも約１．７デシテックス（ｄｔｅｘ、すなわち、グラム／１００００メートル）、少なくとも約６ｄｔｅｘ、又は少なくとも約１７ｄｔｅｘ、かつ約５６０ｄｔｅｘ未満、約２８０ｄｔｅｘ未満、又は約１２０ｄｔｅｘ未満の繊度又は線密度を有してよいが、より小さな及び／又はより大きな線密度を有する繊維も有用である場合がある。異なる線密度を有する繊維の混合物もまた、例えば、使用時に特に好ましい表面仕上がりをもたらす研磨物品を提供するために有用である場合がある。スパンボンド不織布を用いる場合、フィラメントは、実質的により大きな直径であってもよく、例えば、直径２ｍｍ以下又はそれ以上であってよい。
【００６６】
不織布ウェブは、例えば、従来のエアレイド、カード、ステッチボンド、スパンボンド、ウェットレイド、及び／又はメルトブローン手順により製造することができる。エアレイド不織布ウェブは、例えば、ニューヨーク州ＭａｃｅｄｏｎのＲａｎｄｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている商品名「ＲＡＮＤＯ  ＷＥＢＢＥＲ」として入手可能な設備などの設備を用いて調製することができる。
【００６７】
不織布ウェブは、典型的には、接着バインダー及び研磨粒子と好適に適合するように選択されるが、物品の他の成分と組み合わせて加工可能であり、典型的には、硬化性組成物の適用及び硬化中に採用されるような処理条件（例えば、温度）に耐えることができる。繊維は、例えば、可撓性、弾性、耐久性又は耐用寿命、磨耗性、及び仕上がり特性等の研磨物品の特性に作用するように選択することができる。好適であり得る繊維の例としては、天然繊維、合成繊維、並びに天然繊維及び／又は合成繊維の混合物が挙げられる。合成繊維の例としては、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート）、ナイロン（例えば、ヘキサメチレンアジポアミド、ポリカプロラクタム）、ポリプロピレン、アクリロニトリル（即ち、アクリル）、レーヨン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニリデン−塩化ビニルコポリマー、及び塩化ビニル−アクリロニトリルコポリマーから製造されるものが挙げられる。好適な天然繊維の例としては、綿、羊毛、黄麻、及び麻布が挙げられる。繊維は、未使用材料によるものであっても、又は例えば衣類裁断、カーペット製造、繊維製造若しくは繊維品加工から再生されたリサイクル材料若しくは屑材料によるものであってもよい。繊維は、均質であってもよく、又は２成分繊維（例えば、共紡糸芯鞘型繊維）等の複合体であってもよい。繊維は伸張及び捲縮されてもよいが、押出プロセスで形成されるもののような連続フィラメントであってもよい。繊維を組み合わせて使用してもよい。
【００６８】
本開示による凝集粒子を不織布ウェブの表面に又は中で結合するのに有用なバインダーとしては、上記したもののいずれかを挙げることができる。バインダー前駆体で含浸する前に、不織繊維ウェブは、典型的には、少なくとも約５０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）、少なくとも約１００ｇｓｍ、若しくは少なくとも約２００ｇｓｍ、かつ／又は、（例えば、硬化性組成物若しくは任意選択的なプレボンド樹脂による）任意の被覆の前に測定した場合には、約４００ｇｓｍ未満、約３５０ｇｓｍ未満、若しくは約３００ｇｓｍ未満である、単位面積当たりの重量（即ち坪量）を有するが、これらより大きい、及び、小さい坪量も使用できる。更に、バインダー前駆体で含浸する前に、繊維ウェブは、典型的には、少なくとも約５ｍｍ、少なくとも約６ｍｍ、若しくは少なくとも約１０ｍｍ、かつ／又は約２００ｍｍ未満、約７５ｍｍ未満、若しくは約３０ｍｍ未満の厚さを有するが、これらよりも大きい及び小さい厚さもまた有用であり得る。
【００６９】
不織布研磨物品、研磨ホイール、及びこれらの製造のための方法に関する更なる詳細が、例えば、米国特許第２，９５８，５９３号（Ｈｏｏｖｅｒら）、米国特許第５，５９１，２３９号（Ｌａｒｓｏｎら）、米国特許第６，０１７，８３１号（Ｂｅａｒｄｓｌｅｙら）、及び米国特許出願公開第２００６／００４１０６５（Ａ１）号（Ｂａｒｂｅｒ，Ｊｒ．）に見出され得る。
【００７０】
多くの場合、バインダー前駆体で被覆する前に、プレボンド樹脂を不織布ウェブに適用するのが有用である。プレボンド樹脂は、例えば、操作中に不織布ウェブの完全性を維持することを補助するのに役立ち、バインダーの不織布ウェブへの結合を促進することもできる。プレボンド樹脂の例としては、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、にかわ、アクリル樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられる。本方式で用いられるプレボンド樹脂の量は、典型的には、架橋接点で繊維同士を接着するのに見合った最小量に調節されている。不織布ウェブが熱結合性繊維を含む場合、不織布ウェブの熱結合もまた、加工中のウェブの完全性を維持するのに有用である場合がある。
【００７１】
本開示による研磨物品を、例えば、ベルト、テープロール、ディスク、又はシートにしてもよい。これらは手で使用してもよく、又はベルトグラインダなどの機械と組み合わせて使用してもよい。ベルト用途では、研磨シートの２つの自由端が１つに継ぎ合わされ、この結果無端ベルトが形成される。継ぎ目のないベルト、例えば、ＷＯ９３／１２９１１に記載されているようなものを使用することもできる。一般に、無端研磨ベルトは、少なくとも１つのアイドラロール及び圧盤又はコンタクトホイールにわたって延びている。圧盤又はコンタクトホイールの硬度は、所望の切削率及びワークピースの表面仕上げが得られるように調節可能である。研磨ベルトの速度は、所望の切削率及び表面仕上げによって異なり、一般に、毎秒約２０〜１００表面メートルの任意の範囲、典型的には毎秒３０〜７０表面メートルの範囲にわたる。ベルト寸法は、幅約０．５ｃｍ〜１００ｃｍ又は幅１．０ｃｍ〜３０ｃｍ、長さ約５ｃｍ〜１，０００ｃｍ又は長さ５０ｃｍ〜５００ｃｍの範囲にわたり得る。研磨テープは連続的な長さの研磨物品であり、幅が約１ｍｍ〜１，０００ｍｍ又は約５ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲にわたり得る。研磨テープは通常、巻きを解かれて支持パッド上に渡され、この支持パッドによりワークピースに押し付けられ、その後再び巻かれる。研磨テープは、研磨界面を通して連続的に繰り出すことができ、一定間隔で移動させる（indexed）ことができる。研磨ディスクは、研磨材技術において「ヒナギク（daisy）」として知られている形状のものも含んでよく、直径が約５０ｍｍ〜１，０００ｍｍ又は直径が約５０ｍｍ〜約１００ｍｍの範囲にわたり得る。典型的には、研磨ディスクは、取り付け手段によってバックアップパッドに固定され、毎分１００〜２０，０００回転、典型的には、毎分１，０００〜１５，０００回転で回転できる。
【００７２】
研磨物品はワークピースを研磨するために使用できる。ワークピースは、金属、金属合金、異種Ｉｓ金属合金（exotic Is metal alloys）、セラミック、ガラス、木材、木材状の材料、複合材料、塗装表面、プラスチック、強化プラスチック、石材、及びこれらの組み合わせなど、任意の種類の材料とすることができる。ワークピースは平坦であってもよく、又は、ある形状若しくはそれと関連付けられた外形を有してもよい。ワークピースの例としては、ガラス製眼鏡、プラスチック製眼鏡、プラスチックレンズ、ガラス製テレビ画面、自動車の金属部品（例えば、クラッチプレート及び他の平坦な自動車部品）、ステンレス鋼コイル、プラスチック部品、パーティクルボード、自動車の塗装部品、磁気媒体、管材、プレート、液圧ロッド、及びエレベータシャフトが挙げられる。
【００７３】
研磨中、研磨物品及びワークピースは互いに対して移動され、この結果、研磨物品がワークピースを研磨する。研磨物品はワークピースに対して移動されるか、又は逆も成り立つ。用途に応じて、研磨界面での力は、約０．１ｋｇ〜１０００ｋｇ超の範囲にわたり得る。典型的には、この範囲は、研磨界面において１ｋｇ〜５００ｋｇの力である。更に、濡れた状況下で研磨が行われる場合がある。濡れた状況には、水及び／又は液体有機化合物が含まれ得る。典型的な液体有機化合物の例としては、潤滑剤、油、乳化有機化合物、切削液、及び石鹸が挙げられる。これらの液体は、消泡剤、脱脂剤、及び防食剤などの、他の添加剤を含有してもよい。研磨物品は使用中に研磨界面において振動することができ、この結果、研磨中のワークピース上によりきめ細かい表面がもたらされ得る。
【００７４】
本開示による方法は、約２０未満のロックウェルＣ硬度を有するワークピースを研磨するのに有用である。約２０未満のロックウェルＣ硬度値を有する材料の例としては、ステンレス鋼、炭素鋼、及びチタンが挙げられる。ＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｎｕｍｂｅｒ  Ａ３７０−９０に従って硬度測定を行うことができる。
【００７５】
本開示のいくつかの実施形態
第１の実施形態では、本開示は、ガラスマトリックス中で結合された溶融酸化アルミニウム鉱物を含む研磨凝集粒子であって、研磨凝集粒子の重量を基準として、溶融酸化アルミニウム鉱物は７０重量パーセント〜９５重量パーセントの範囲内で存在し、ガラスマトリックスは少なくとも５重量パーセント存在し、溶融酸化アルミニウム鉱物は最大３００マイクロメートルの平均粒子サイズを有し、研磨凝集粒子は２〜１５度の範囲内のテーパ角度及び少なくとも４００マイクロメートルの寸法を有する側壁を有する角錐台形状を有する、研磨凝集粒子を提供する。
【００７６】
第２の実施形態では、本開示は、研磨凝集粒子は１．５ミリメートル未満の最大面寸法を有する、第１の実施形態に記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００７７】
第３の実施形態では、本開示は、溶融酸化アルミニウム鉱物は少なくとも１０マイクロメートルの平均粒子サイズを有する、第１又は第２の実施形態に記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００７８】
第４の実施形態では、本開示は、研磨凝集粒子は人工的な多孔性を有する、第１〜第３の実施形態のいずれか１つに記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００７９】
第５の実施形態では、本開示は、ガラスマトリックスは４ｘ１０−６／Ｋ〜１６ｘ１０−６／Ｋの範囲内の熱膨張係数を有する、第１〜第３の実施形態のいずれか１つに記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００８０】
第６の実施形態では、本開示は、研磨凝集粒子の重量を基準として、溶融酸化アルミニウム鉱物は７０重量パーセント〜８５重量パーセントの範囲内で存在し、ガラスマトリックスは少なくとも１５重量パーセント存在する、第１〜第５の実施形態のいずれか１つに記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００８１】
第７の実施形態では、本開示は、溶融酸化アルミニウム鉱物は最大２００マイクロメートルの平均粒子サイズを有する、第１〜第６の実施形態のいずれか１つに記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００８２】
第８の実施形態では、本開示は、研磨凝集粒子は少なくとも５００マイクロメートルの寸法を有する、第１〜第７の実施形態のいずれか１つに記載の研磨凝集粒子を提供する。
【００８３】
第９の実施形態では、本開示は、第１〜第８の実施形態のいずれか１つに記載の研磨凝集粒子を複数含む研磨物品を提供する。
【００８４】
第１０の実施形態では、本開示は、研磨物品は被覆研磨物品である、第９の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００８５】
第１１の実施形態では、本開示は、被覆研磨物品はバッキングと、ポリマーバインダーを用いてバッキングに付着させた複数の研磨凝集粒子と、を含む、第１０の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００８６】
第１２の実施形態では、本開示は、ポリマーバインダーはフェノール系バインダーを含む、第１１の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００８７】
第１３の実施形態では、本開示は、ポリマーバインダーは６０未満のヌープ硬度を有する、第１１又は第１２の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００８８】
第１４の実施形態では、本開示は、研磨物品が不織布研磨物品である、第９の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００８９】
第１５の実施形態では、本開示は、不織布研磨物品はポリマーバインダーを含む、第１４の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００９０】
第１６の実施形態では、本開示は、ポリマーバインダーはフェノール系バインダーを含む、第１５の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００９１】
第１７の実施形態では、本開示は、ポリマーバインダーは６０未満のヌープ硬度を有する、第１５又は第１６の実施形態に記載の研磨物品を提供する。
【００９２】
第１８の実施形態では、本開示は、ワークピースの研磨方法であって、
ワークピースを実施形態９〜１７のいずれか１つに記載の研磨物品と接触させることと、
ワークピース及び研磨物品を互いに対して移動させてワークピースを研磨することと、を含む、方法を提供する。
【００９３】
第１９の実施形態では、本開示は、ワークピースは２０以下のロックウェルＣ硬度を有する、第１８の実施形態に記載の方法を提供する。
【００９４】
第２０の実施形態では、本開示は、ワークピースはステンレス鋼、炭素鋼、又はチタンのうちの少なくとも１つを含む、第１８又は第１９の実施形態に記載の方法を提供する。
【００９５】
第２１の実施形態では、本開示は、ワークピースの研磨方法であって、
ワークピースを研磨物品と接触させることであって、ワークピースは２０以下のロックウェルＣ硬度を有する、ことと、
ワークピース及び研磨物品を互いに対して移動させてワークピースを研磨することと、を含み、研磨物品は、バッキングと、６０未満のヌープ硬度を有するポリマーバインダーを用いてこのバッキングに付着させた複数の成形研磨凝集粒子と、を含み、成形研磨凝集粒子は、ガラスマトリックス中で結合された最大３０００のヌープ硬度を有する研磨粒子を含む、方法を提供する。
【００９６】
第２２の実施形態では、本開示は、ワークピースはステンレス鋼、炭素鋼、又はチタンのうちの少なくとも１つを含む、第２１の実施形態に記載の方法を提供する。
【００９７】
第２３の実施形態では、本開示は、研磨粒子は溶融酸化アルミニウム粒子を含む、第２１又は第２２の実施形態に記載の方法を提供する。
【００９８】
第２４の実施形態では、本開示は、溶融酸化アルミニウム粒子は最大３００マイクロメートルの平均粒子サイズを有する、第２３の実施形態に記載の方法を提供する。
【００９９】
第２５の実施形態では、本開示は、溶融酸化アルミニウム鉱物は少なくとも１５マイクロメートルの平均粒子サイズを有する、第２３又は第２４の実施形態に記載の方法を提供する。
【０１００】
第２６の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、成形研磨凝集粒子の総重量を基準として、７０重量パーセント〜９５重量パーセントの範囲内で存在し、ガラスマトリックスは少なくとも５重量パーセント存在する、第２１〜第２５の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０１】
第２７の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、成形研磨凝集粒子の総重量を基準として、７０重量パーセント〜８５重量パーセントの範囲内で存在し、ガラスマトリックスは少なくとも１５重量パーセント存在する、第２１〜第２６の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０２】
第２８の実施形態では、本開示は、成形研磨凝集粒子は人工的な多孔性を有する、第２１〜第２７の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０３】
第２９の実施形態では、本開示は、ガラスマトリックスは４ｘ１０−６／Ｋ〜１６ｘ１０−６／Ｋの範囲内の熱膨張係数を有する、第２１〜第２７の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０４】
第３０の実施形態では、本開示は、成形研磨凝集粒子は角錐台形状を有する、第２１〜第２９の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０５】
第３１の実施形態では、本開示は、成形研磨凝集粒子は２〜１５度の範囲内のテーパ角度を有する側壁を有する、第３０の実施形態に記載の方法を提供する。
【０１０６】
第３２の実施形態では、本開示は、成形研磨凝集粒子は少なくとも４００マイクロメートルの寸法を有する、第２１〜第３１の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０７】
第３３の実施形態では、本開示は、成形研磨凝集粒子は少なくとも５００マイクロメートルの寸法を有する、第２１〜第３２の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０８】
第３４の実施形態では、本開示は、研磨凝集粒子は１．５ミリメートル未満の最大寸法を有する、第２１〜第３２の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１０９】
第３５の実施形態では、本開示は、研磨物品は被覆研磨材である、第２１〜第３４の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１１０】
第３６の実施形態では、本開示は、研磨物品は不織布研磨材である、第２１〜第３４の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１１１】
第３７の実施形態では、本開示は、ポリマーバインダーはフェノール系バインダーである、第２１〜第３６の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１１２】
第３８の実施形態では、本開示は、研磨物品はベルト、テープロール、ディスク、又はシートである、第２１〜第３７の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１１３】
第３９の実施形態では、本開示は、ワークピースはエレベータシャフトの少なくとも一部を含む、第２１〜第３７の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【０１１４】
本開示がより十分に理解され得るように、以下の実施例を記載する。これら実施例は単に例示を目的とするものであり、いかなる方法でも本開示を限定すると解釈してはならないことを理解すべきである。例えば、これらの実施例において列挙される特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限すると解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１１５】
特に記載のない限り、実施例及び本明細書のその他の箇所における全ての部、百分率、比等は、重量によるものである。特に記載のない限り、他の全ての試薬はミズーリ州Ｓｔ．ＬｏｕｉｓのＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙなどのファインケミカル業者から入手したか、又は入手可能であり、あるいは知られている方法で合成することができる。これらの実施例では、以下の単位縮約形を使用する：摂氏度は℃、センチメートルはｃｍ、グラム毎平方メートルはｇ／ｍ２、及びミリメートルはｍｍ。
【０１１６】
実施例で使用される材料を以下の表１に記載する。
【表１】
2019527148.tif 000003
【０１１７】
凝集体の調製
実施例１〜５の各々において使用される凝集体に関して、表２に列挙した成分を混合することによってスラリーを調製した。これらの成分を、高せん断ミキサを使用して混合した。結果的に得られたスラリーを、長さ及び幅が約０．８７ｍｍの正方形の開口部並びに長さ及び幅が約０．６５ｍｍの正方形の基部を有する空洞を有するポリプロピレン製の型の中に被覆した。これらの空洞の深さ（図１のＨ）は０．７７ｍｍであった。型のテーパ角度は８度であった。スラリーを１１０℃のオーブン内で２０分間乾燥させて、成形凝集体を形成した。
【表２】
2019527148.tif 000004
【０１１８】
乾燥した成形凝集体を、超音波ホーンを使用して器具から取り出し、次いで、微細グレードのアルミナ粉末（フランス、ＧａｒｄａｎｎｅのＡｌｔｅｏ  Ａｌｕｍｉｎａから「Ｐ１７２」の商品名で入手）と混合し、その後、ボックスキルン内の耐火セイガー（sager）中で、更に高い温度で焼成した（条件は表３に示すようにプログラムした）。
【表３】
2019527148.tif 000005
【０１１９】
焼成後、耐火セイガーを室温近くまで自然冷却させた。結果的に得られる焼成した凝集体は、表４に列挙する成分を含んでいた。次いでこの凝集体を、米国標準試験用ふるい−１８＋２５を使用してふるいにかけた。
【表４】
2019527148.tif 000006
【０１２０】
実施例１
ドイツ、ＨｅｒｆｏｒｄのＧｕｓｔａｖ  Ｅｒｎｓｔｍｅｉｅｒ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから「ＥＲＡＴＥＸ  ＱＵＡＬＩＴＹ  Ｎ８５９  Ｐ３９  ＹＢ１７００」として入手した布バッキングを、５２部のレゾールフェノール樹脂（ジョージア州ＡｔｌａｎｔａのＧｅｏｒｇｉａ  Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商品名「ＧＰ  ８３３９  Ｒ−２３１５５Ｂ」で入手）、４５部のメタケイ酸カルシウム（ニューヨーク州ＷｉｌｌｓｂｏｒｏのＮＹＣＯ  Ｃｏｍｐａｎｙから商品名「ＷＯＬＬＡＳＴＯＣＯＡＴ」で入手）、及び２．５部の水から成る２７２．０ｇ／ｍ２のフェノールメイク樹脂で被覆し、このバッキング織物に充填し余分な樹脂を除去するためにはナイフを使用した。
【０１２１】
凝集体１をドロップコーティングによってメイク樹脂被覆バッキングに適用した。凝集体１の被覆重量は試料にわたって６０６．８ｇ／ｍ２であった。研磨材被覆バッキングをオーブンに、６５．５℃で１５分間、次いで９８．９℃で６５分間入れ、メイク樹脂を部分的に硬化させた。４５．７６部のレゾールフェノール樹脂（商品名「ＧＰ８３３９Ｒ−２３１５５Ｂ」でＧｅｏｒｇｉａ  Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手）、４．２４部の水、２４．１３部の氷晶石（Ｔｅｘａｓ州ＨｏｕｓｔｏｎのＳｏｌｖａｙ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅｓ，ＬＬＣ）、２４．１３部のメタケイ酸カルシウム（商品名「ＷＯＬＬＡＳＴＯＣＯＡＴ」でＮＹＣＯ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手）、及び１．７５部の赤色酸化鉄から成るサイズ樹脂を、６６１．２ｇ／ｍ２の坪量でバッキング材の各細片に適用し、この被覆した細片をオーブンに、８７．８℃で１００分、次いで１０２．８℃で１２時間入れた。硬化後、この被覆研磨材の細片を、当技術分野で知られているようなベルトにした。
【０１２２】
ニューヨーク州ＢｉｎｇｈａｍｐｔｏｎのＷｉｌｓｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＴｕｋｏｎ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｔｅｓｔｅｒ，Ｍｏｄｅｌ  ２００を使用して、メイク樹脂及びサイズ樹脂のヌープ硬度を測定したところ、４７であった。有機／ポリマーコーティングの押し込み硬度の判定については、ＡＳＴＭ  Ｄ  １４７４−８５（Ｍｅｔｈｏｄ  Ａ）に記載されている。約１５ミルのコーティングをガラス製顕微鏡スライドに適用した。その後、このコーティングを熱で乾燥及び硬化させた。この方法は、指定された面角度を有する角錐形状のダイヤモンドによってコーティングの表面に１００グラムの荷重を加えることと、結果的に得られる永続的な窪みの長さ測定値をヌープ硬度数に変換することと、から成っていた。
【０１２３】
実施例２〜５
実施例１に全体的に記載した手順を、実施例２〜５のそれぞれに対して繰り返したが、ただし表５に列挙した凝集体、凝集体の被覆重量、メイク樹脂、及びサイズ樹脂を使用した。
【表５】
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【０１２４】
比較例Ａ
ミズーリ州Ｏ’ＦａｌｌｏｎのＶＳＭ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＫＫ７１８Ｘ」Ｇｒｉｔ  Ｐ６００の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１２５】
比較例Ｂ
ＶＳＭ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＫＫ７１８Ｘ」Ｇｒｉｔ  Ｐ４００の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１２６】
比較例Ｃ
ＶＳＭ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＫＫ７１８Ｘ」Ｇｒｉｔ  Ｐ３２０の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１２７】
比較例Ｄ
ＶＳＭ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＫＫ７１８Ｘ」Ｇｒｉｔ  Ｐ２４０の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１２８】
比較例Ｅ
ＶＳＭ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＫＫ７１８Ｘ」Ｇｒｉｔ  Ｐ１８０の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１２９】
比較例Ｆ
ミネソタ州Ｓａｉｎｔ  Ｐａｕｌの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから「３５９Ｆ」Ｇｒｉｔ  Ｐ４００の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１３０】
比較例Ｇ
３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから「３５９Ｆ」Ｇｒｉｔ  Ｐ３２０の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１３１】
比較例Ｈ
３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから「３５９Ｆ」Ｇｒｉｔ  Ｐ１８０の商品名で入手した、被覆研磨ベルト。
【０１３２】
性能評価
実施例１〜５及び比較例Ａ〜Ｈの各々から、最終的な硬化したベルトを型抜きすることによって、直径２インチ（５．０８ｃｍ）の被覆研磨材ディスクを製作した。ＲＯＬＯＣ（ＴＲ型）迅速交換アタッチメント（米国特許第６，８１７，９３５号の開示に記載される）を接着剤（オハイオ州ＷｅｓｔｌａｋｅのＨｅｎｋｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから「ＬＯＣＴＩＴＥ  ４０６」の商品名で入手）を使用して、ディスクの背面中央に固着した。２インチ×１８インチ×０．５インチ（５０．８ｍｍ×４５７．２ｍｍ×１２．７ｍｍ）の寸法の１０１８鋼棒が固定されたＸ−Ｙテーブルの上に配設された電動回転器具上に、試験するディスクを装着した。器具は、棒の長さに沿ってＸ方向に６インチ／秒（１５２．４ｍｍ／秒）の速度で移動するようにセットした。次いで回転器具を作動させて、無負荷で毎分７５００回、回転させた。ディスクの下の、棒の研削される表面上に、一筋の水道水を導いた。次いで研磨物品を、棒に対して５度の角度で９ポンド（４．０８キログラム）の荷重で押し付けた。次いで器具を作動させて、棒の長さに沿って移動させた。次いで器具を持ち上げ、棒の反対側の端まで戻した。棒の長さに沿ったこのような研削−戻りの行程を１０回、合計６サイクルの各サイクルにおいて完了した。棒の質量を各サイクルの前後で測定して、各サイクル後のグラム単位の合計質量損失を求めた。６サイクルの終わりに、累積質量損失を求めた。ディスクを試験の完了（６サイクル）の前後で計量して、磨耗量を求めた。各実施例の試験結果を表６に示す。
【表６】
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【０１３３】
本開示は、上記実施形態には限定されず、以下の各請求項及びその均等物のいずれかに示される限定によって制限されるべきものである。本開示は、本明細書に具体的に開示されていないいずれの要素を欠いても、好適に実施され得る。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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